Nghiên Cứu Giải Pháp Sử Dụng Sàn Giảm Tải Chống Lún Cho Đường Đầu Cầu.pdf

Bµi tËp 2 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN ANH WUYN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN CHO ĐƯỜNG ĐẦU CẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌ[.]

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-  -

NGUYỄN ANH WUYN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP

SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN

CHO ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - Năm 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-  -

NGUYỄN ANH WUYN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP

SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN

CHO ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số : 85.80.205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS HOÀNG PHƯƠNG HOA

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả

Các số liệu, kết quả tính toán nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Anh Wuyn

LỜI CẢM ƠN

u tiên, tôi in bày t l ng biết n sâu s c đến ngư i th y PGS TS

Hoàng Phương Hoa đ tận tình hư ng n ch y, t o m i đi u kiện và đ ng

viên tôi rất nhi u đ tôi c th hoàn thiện được luận văn này Trong suốt quá trình thực hiện, th y đ y cho tôi hình thành lối tư uy khoa h c, sự nhận thức sâu s c và sự đánh giá đ ng đ n khi tiế nhận nh ng kiến thức m i

ng th i, tôi in cảm n đến các th y, các cô trong B môn C u H m trư ng i H c Bách Khoa à Nẵng đ nhiệt tình giảng y, truy n đ t cho

ch ng tôi nh ng kiến thức m i m và b ích, đ ch ng tôi c th vận ng n trong công việc của mình

Tôi c ng in được cảm n đến Khoa đào t o sau đ i h c - i h c Bách Khoa à Nẵng đ t o m i đi u kiện và gi đ đ ch ng tôi c th hoàn thành

kh a h c này

Cuối c ng, tôi muốn bày t l ng biết n sâu s c đến gia đình, nh ng ngư i b n và đ ng nghiệ đ t o đi u kiện, đ ng viên, gi đ tôi trong nh ng ngày tháng h c tậ và nghiên cứu

Xin chân thành cảm n!

à Nẵng, ngày tháng năm

Tác giả luận văn

Nguyễn Anh Wuyn

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN CHO

ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

Học viên: Nguyễn Anh Wuyn Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 85.80.205 Khóa: K34 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt: Lún đoạn đường đầu cầu là hiện tượng rất hay gặp trên các công trình đường ô tô,

đặc biệt là đường ô tô đắp trên đất yếu Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp và hiệu quả Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt là khu vực miền Nam Việc đưa ra một số biện pháp xử lý nền đất yếu mới để lựa chọn những giải pháp tối ưu áp dụng cho các công trình một cách có hiệu quả là rất cần thiết Trong toàn bộ tuyến đường ô tô, đoạn đường đắp đầu cầu là một trong những hạng mục công trình quan trọng, đòi hỏi phải có những nghiên cứu và xử lý bằng các giải pháp kỹ thuật riêng biệt mới có thể đáp ứng được yêu cầu về cường

độ, độ ổn định, sự êm thuận và thẩm mỹ Luận văn cao học này tập trung nghiên cứu giải pháp lựa chọn kết cấu sàn giảm tải hợp lý cho đường đầu cầu, nội dung nghiên cứu bao gồm các phương pháp tính toán hệ số nền, nguyên lý tính toán sàn giảm tải và áp dụng hệ số nền để tính toán, lựa chọn kết cấu sàn giảm tải hợp lý cho đường đầu cầu của một dự án thực tế

Từ khóa – Sàn giảm tải, hệ số nền, đường đầu cầu

RESEARCH SOLUTIONS USING THE LOAD REDUCE FLOOR TO AGAINST

SUBSIDENCE FOR THE FIRST ROAD BRIDGE

ABSTRACT: The first section of the road lies the bridge is a very common phenomenon

on the construction of highways, especially the street cars up on weak ground In actual construction, there are a lot of works that are sunk, collapsed when built on a weak ground due to no suitable and effective treatment measures Vietnam is known to be home to many of the weak soil, especially in southern areas Making some weak ground handling measures new to choose optimal solutions that apply to the work in a way that effectively

is essential In the entire automobile roads, ramp up the top of the bridge is one of the important projects, requiring research and processed by the separate technical solutions can meet the requirements of the intensity , the stability, the pros and aesthetics This master thesis focuses on the floor texture selection solution reduces the load for the first line, the content of research include the method of calculating the coefficient of the background, the principle of reducing the load floor calculations and apply the background factor to calculate choice of floor texture, reduce the load for the first line of the project a reality

Key words – The load reduce floor, background factor, the first road bridge

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học- thực tiễn của đề tài 2

6 Bố cục đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU; PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 4

1.1 Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu 4

1.2 Công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu trên nền đất yếu 5

1.2.1 Khái niệm đất yếu 5

1.2.2 Phân loại đất yếu 6

1.2.3 Một số giải pháp công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông [2], [3] 7

1.2.4 Một số giải pháp công nghệ mới xử lý lún nền đường đầu cầu đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông 22

CHƯƠNG 2 CÁC YÊU CẦU VỀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU; PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA LÚN ĐOẠN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 33

2.1 Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu 33

2.1.1 Yêu cầu đảm bảo ổn định của công trình nền đắp trên nền đất yếu và phương pháp kiểm toán ổn định 33

2.1.2 Yêu cầu về độ lún cho phép và phương pháp dự báo lún 35

2.1.3 Phương pháp dự báo tổng cộng 37

2.1.4 Xác định sức chịu tải của cọc 41

2.1.5 Kiểm tra điều kiện chọc thủng sàn 43

2.1.6 Kiểm toán ứng suất đất nền đáy móng khối quy ước (mặt cắt bất lợi nhất) 44

2.2 Phương pháp xây dựng mô hình và phân tích kết cầu với MIDAS/CIVIL 46

2.2.1 Giới thiệu về phương pháp [4] 46

2.2.2 Hệ số nền 47

2.2.3 Nguyên lý tính toán sàn giảm tải 51

2.3 Phân tích các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch nền đường đầu cầu 52

2.3.1 Các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch 52

2.3.2 Ảnh hưởng của hiện tượng lún lệch đến việc sử dụng khai thác đường và các công trình lân cận 56

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN HỢP LÝ HỆ CỌC BẢN SÀN GIẢM TẢI CẦU SÁU NẠN TẠI KM6+512,64 ĐOẠN NĂM CĂN – ĐẤT MŨI, TỈNH CÀ MAU 58

3.1 Tổng quan về cầu sáu nạn 58

3.1.1 Quy mô xây dựng 58

3.1.2 Đặc điểm kết cấu 58

3.2 Tính toán hệ số nền theo modun biến dạng nền 59

3.2.1 Địa chất các lớp đất 59

3.2.2 Kết quả tính toán hệ số nền 60

3.3 Áp dụng hệ số nền tính toán, lựa chọn kết cấu sàn giảm tải 62

3.3.1 Phương án 1 62

3.3.2 Phương án 2: Giữ nguyên kích thước sàn giảm tải và khoảng cách cọc, thay đổi chiều dài cọc Lc=45(m) 69

3.3.3 Phương án 3: Giữ nguyên kích thước sàn giảm tải và chiều dài cọc, thay đổi khoảng cách cọc axb=2,1x2,3(m) 72

3.4 Kết luận 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)

2.4 Bảng tra hệ số nền theo Quy trình 22TCN 18-79 47

3.1 Bảng tính hệ số nền với cọc 45x45(cm) 60 3.2 Bảng tính hệ số nền với cọc 40x40(cm) 61 3.3 Bảng tính hệ số nền với cọc 35x35(cm) 61 3.4 Bảng tính hệ số nền với cọc 30x30(cm) 61 3.5 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 45x45(cm) 65 3.6 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 40x40(cm) 66 3.7 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 35x35(cm) 67 3.8 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 30x30(cm) 68 3.9 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 45x45(cm) 70 3.10 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 40x40(cm) 70 3.11 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 35x35(cm) 71 3.12 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 30x30(cm) 72 3.13 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 45x45(cm) 73 3.14 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 40x40(cm) 73 3.15 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 35x35(cm) 74 3.16 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 30x30(cm) 75

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

1.1 Các yếu tố đặc trưng của hệ thống đường dẫn đầu cầu 4

1.5 Thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát 10

1.7 Đổ cát đã chuẩn bị sẵn qua "cửa sổ" ở đỉnh cọc ống thép 12

1.16 Đang hút chân không và đất trong giai đoạn cố kết 24 1.17 Bước 1: Thi công lớp thoát nước nằm ngang (lớp cát hạt thô) 26

1.19 Bước 3: Lắp đặt hệ thống hút chân không: ống thu nước 26 1.20 Bước 4: Lắp đặt lớp màng chân không 27

1.26 Sử dụng ống cống thay cho đất đắp nền đường đầu cầu để

giảm nhẹ tải trọng tác dụng lên nền đất yếu bên dưới 31

2.1 Toán đồ xác định hệ số độ lún F tại trục tim của tải trọng đắp

2.2 Các nhân tố gây ra hiện tượng lún lệch (Wahls, 1997) 53 2.3 Xếp loại các loại đất có khả năng xói mòn nhất (Briaud và

Số hiệu

2.6 Sơ đồ các lực gây ra trên cọc do sự biến dạng của đất yếu 57

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Lún đoạn đường đầu cầu là hiện tượng rất hay gặp trên các công trình đường ô

tô, đặc biệt là đường ô tô đắp trên đất yếu Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất để làm cơ sở

và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng của công trình khi xây dựng trên nền đất yếu

Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt là khu vực miền Nam Rất nhiều công trình được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền Thực tế này đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu

Việc đưa ra một số các biện pháp xử lý nền đất yếu mới, góp phần làm phong phú các phương pháp xử lý nền móng trong công tác xây dựng nền đường qua vùng địa hình có địa chất yếu từ đó có cơ sở để lựa chọn những biện pháp tối ưu để áp dụng cho các công trình một cách có hiệu quả

Kết cấu đường đắp và mố cầu là hai bộ phận hoàn toàn khác nhau, có sự chênh lệch về độ cứng Phần đường dẫn nếu không xử lý tốt có thể sẽ bị lún rất nhiều và lún kéo dài theo thời gian, trong khi đó mố cầu lại hầu như không bị lún Tại vị trí tiếp giáp giữa mặt cầu và đoạn đường đắp sau một thời gian đưa vào sử dụng, thường mặt đường hay bị gẫy, lún, nứt, xe chạy không êm thuận gây khó chịu cho hành khách lưu thông qua cầu và nhất là xe chạy không thể đạt tốc độ cao

Trong toàn bộ tuyến đường ô tô, đoạn đường đắp đầu cầu là một trong những hạng mục công trình quan trọng, đòi hỏi phải có những nghiên cứu và xử lý bằng những giải pháp kỹ thuật riêng biệt mới có thể đáp ứng được yêu cầu về cường độ, độ

ổn định, sự êm thuận và thẩm mỹ Đây cũng chính là lý do hình thành đề tài: “Nghiên cứu giải pháp sử dụng sàn giảm tải chống lún cho đường đầu cầu”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu, tính toán hệ số nền các lớp đất

- Áp dụng tính toán và lựa chọn hợp lý hệ cọc bản sàn giảm tải tại cây cầu cụ thể khu vực miền Nam

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Tương tác cọc - đất nền

- Sàn giảm tải BTCT sử dụng tại vị trí đường đầu Cầu

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu

- Nghiên cứu, đánh giá việc sử dụng sàn giảm tải chống lún cho đường đầu cầu Cầu Ba Càng , QL1A tại địa phận huyện Tam Bình - tỉnh Vĩnh Long

4 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập, biên dịch các tài liệu có liên quan

- Phân tích, đánh giá các giải pháp chống lún ở đường đầu Cầu đang sử dụng phổ biến tại Việt Nam

- Sử dụng phương pháp điều tra, thu thập các số liệu thực nghiệm của Cầu về kích thước, vị trí, đất đắp… của sàn giảm tải để thống kê, đánh giá hiện trạng, phân tích, kiểm chứng Từ đó nghiên cứu đề xuất các giải pháp cải tạo, xây dựng

- Sử dụng phần mềm MIDAS/Civil mô hình hóa, tính toán nội lực kết cấu để đánh giá, lựa chọn hợp lý kết cấu sàn giảm tải

5 Ý nghĩa khoa học- thực tiễn của đề tài

- Góp phần làm rõ phạm vi, cách sử dụng sàn giảm tải BTCT nhằm áp dụng chống lún trên nền đất yếu đoạn đường đầu cầu, tạo sự êm thuận, mỹ quan và an toàn giao thông, tăng hiệu quả khai thác cho tuyến đường

- Đáp ứng nhu cầu thực tiễn của đất nước

6 Bố cục đề tài

- Phần mở đầu

- Chương 1: Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu; Phân tích, đánh

giá một số giải pháp công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu

1.1 Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu

1.2 Công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu trên nền đất yếu

- Chương 2: Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu; Phân tích đánh

giá các nguyên nhân gây ra lún đoạn nền đường đầu cầu

2.1 Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu

2.2 Phương pháp xây dựng mô hình và phân tích kết cấu với Midas/Civil 2.3 Phân tích các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch nền đường đầu cầu

- Chương 3: Nghiên cứu tính toán và lựa chọn hợp lý hệ cọc bản sàn giảm tải

Cầu Sáu Nạn tại Km6+512,64 đường Hồ Chí Minh, đoạn Năm Căn – Đất Mũi, Tỉnh

Cà Mau

3.1 Tổng quan về Cầu Sáu Nạn

3.2 Tính toán hệ số nền theo modun biến dạng nền

3.3 Áp dụng hệ số nền tính toán, lựa chọn kết cấu sàn giảm tải 3.4 Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU; PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN

ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 1.1 Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu

Hình 1.1 Các yếu tố đặc trưng của hệ thống đường dẫn đầu cầu

- Ở Việt Nam, hầu hết nhiều đoạn đường đắp cao vào cầu chỉ đưa vào sử dụng một thời gian ngắn đã nhanh chóng bộc lộ nhược điểm khá phổ biến Đó là hiện tượng lún sụp, trượt trồi hoặc lún không đều giữa nền đắp ở hai bên đầu cầu và cầu, gây trở ngại lớn cho xe cộ lưu thông trên đường Những giải pháp xử lý sửa chữa thông thường chỉ mang tính chất tình thế, như trám bù lún vào mặt đường bằng các lớp vật liệu mặt đường mới hay đóng thêm cọc và gia cố mái dốc

- Trên thực tế, những đoạn đường đầu cầu thường là đắp cao và có tiêu chuẩn

về độ lún thấp hơn độ lún cho phép của công trình cầu, dẫn đến khu vực nền đường đầu cầu thường lún không đều, kém ổn định, đồng thời xảy ra sự lún không đều giữa

bộ phận nền đường và bộ phận cầu

- Hiện tượng lún và lún không đều của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gây nên không ít ảnh hưởng xấu đối với công trình giao thông Lún không đều trên đoạn nền đường đắp cao và sự thay đổi cao độ đột ngột tại khu vực mố cầu, tạo thành điểm gãy trên trắc dọc là nguyên nhân giảm năng lực thông hành; gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông; phát sinh tải trọng xung kích, trùng phục phụ tác dụng

Mố cầu

Khe nối Bản quá độ Mặt cầu

Đất nền

lên mố cầu; tốn kém về kinh phí cho công tác duy tu bảo dưỡng đường và gây mất an toàn giao thông Trên thế giới, đã có nhiều những nghiên cứu nhằm xác định rõ các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún đoạn đường đầu cầu và từ đó đưa ra các giải pháp

xử lý nhằm giảm thiểu và khắc phục

Hình 1.2 Lún lệch nền đường đầu cầu

1.2 Công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu trên nền đất yếu

1.2.1 Khái niệm đất yếu

- Đất yếu là một khái niệm dùng để nói lên một loại đất không đủ khả năng chịu

tải, không đủ độ bền và có biến dạng lớn “ Khái niệm đất yếu” cho đến nay vẫn chưa được rõ ràng, khái niệm này chỉ là “tương đối” và nó phụ thuộc vào loại đất, trạng thái của đất, cũng như tương quan giữa khả năng chịu lực của đất với tải trọng mà móng công trình truyền xuống

- Đa số các nhà nghiên cứu coi “đất sét” là những loại đất có khả năng chịu tải

/ 0 , 1 5

,

0  daN cm

 ), có tính nén lún lớn (a>0,05cm2/daN), môđun biến dạng

bé (E0 < 50daN/cm2), khả năng chống cắt bé (< 50, cu<0,5daN/cm2), có hệ số rỗng lớn ( e>1), độ sệt lớn ( B>1), và hầu như hoàn toàn bão hòa nước…Nếu không áp dụng các biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu này sẽ gặp khó khăn hoặc không thể thực hiện được Các loại đất yếu thường gặp trong thực tế là: Đất sét yếu, đất bùn, than bùn, đất bazan, đất cát nhỏ, cát bụi và cát

bột có kết cấu rời rạc và bão hòa nước…[6]

1.2.2 Phân loại đất yếu

a Theo nguyên nhân hình thành

- Đất yếu có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước

ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích ( hàm lượng có thể tới 10-12%) nên có thể có màu nâu đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên,

độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn ( sét  1,5, á sét e 1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15daN/cm2

trở xuống, góc nội ma sát  từ 0-100 hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu  0,35daN/cm2 [6]

Ngoài ra, ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn ( hệ số rỗng e>1,0 độ bão hòa G>0,8)

- Đất yếu có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loại thực vật phát triển, thối rữa

và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm 20-80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Đối với loại này được xác định là đất sét nếu hệ số rỗng và các đặc trưng chống cắt của chúng cũng đạt các trị số như trên

- Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng:

+ Lượng hữu cơ có từ 20-30%: đất nhiễm than bùn

+ Lượng hữu cơ có từ 30-60%: đất than bùn

+ Lượng hữu cơ trên 60%: than bùn

b Theo tr ng thái tự nhiên

- Đất yếu loại sét hoặc á sét được phân loại theo độ sệt B:

B=

d nh

d W W

W W

Nếu B>1 thì được gọi là bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy)

Nếu 0,75<B1,0 là đất yếu dẻo chảy

- Về trạng thái tự nhiên, đất đầm lầy than bùn được phân thành 3 loại I, II, III: + Loại I: Loại có độ sệt ổn định; thuộc loại này nếu vách đất đào thẳng đứng

sâu 1m trong chúng vẫn duy trì được ổn định trong 1-2 ngày

+ Loại II: Loại độ sệt không ổn định; loại này không đạt tiêu chuẩn loại I nhưng đất than bùn chưa ở trạng thái chảy

+ Loại III: Đất than bùn ở trạng thái chảy

1.2.3 Một số giải pháp công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông [2], [3]

Bảng 1.1 Các giải pháp xử lý tương ứng theo tư duy xử lý

Tư duy xử lý Phương pháp xử lý

Giảm thiểu tải trọng bản thân của nền

đắp

1 Tăng độ đầm chặt của nền đường;

2 Thay thế vật liệu đắp bằng vật liệu đắp tốt hơn như cấp phối, cát;

3 Sử dụng lưới địa kỹ thuật

tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc

Cơ sở lý thuyết: Khi gia cố (xử lý) nền đất yếu bằng cọc cát, có 2 quá trình chính xảy ra là:

hoạt động bình thường và ổn định

Nếu giả thiết rằng, thể tích các hạt rắn (trong nền đất) là không đổi trong quá trình gia cố đất yếu bằng cọc cát, thì sự thay đổi thể tích khối đất khi gia cố chính là sự thay đổi thể tích lỗ rỗng trong khối đất đó

Cố kết thấm

Khi cọc cát được hình thành trong nền đất, đã tạo thành giếng thu nước thẳng đứng, tạo điều kiện thuận lợi cho nước trong đất yếu thoát ra ngoài qua cọc cát Dưới tác dụng của tải trọng ngoài (tải trọng đất đắp), theo thời gian, ứng suất có hiệu trong đất nền tăng lên, áp lực nước lỗ rỗng giảm đi, nước trong lỗ rỗng của đất yếu sẽ thấm chủ yếu theo phương ngang vào cọc cát, sau đó thoát ra ngoài theo chiều dài cọc cát

Ngoài ra, khi đưa cát vào nền đất yếu để hình thành cọc cát, do độ ẩm của cát trong cọc cát nhỏ hơn độ ẩm của nền đất yếu rất nhiều lần, đã tạo điều kiện cho nước trong đất yếu được thấm tập trung về phía cọc cát rất nhanh, làm cho quá trình cố kết thấm ban đầu của đất yếu tăng nhanh

Dưới tác dụng của quá trình cố kết nêu trên, sức kháng cắt của đất yếu tăng lên,

độ lún giảm đi, sức chịu tải của nền đất được cải thiện rõ rệt

Các điểm nổi bật của phương pháp

- Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn

- Nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý

- Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m

- Công nghệ cọc cát đầm chặt không gây ảnh hưởng đến môi trường và trong tương lai công nghệ này sẽ trở thành công nghệ xử lý nền đất yếu rất có hiệu quả

- Có thể kiểm soát về khối lượng và chất lượng công trình trong quá trình thi công cọc cát đầm chặt

- Các điều kiện về thời tiết sẽ không ảnh hưởng quá nhiều đến tiến trình thi công cọc cát đầm chặt

Phạm vi áp dụng

Cọc cát có thể áp dụng trong một số trường hợp sau:

- Bề dày đất yếu cần xử lý tương đối lớn;

- Chiều cao nền đất đắp tương đối lớn;

- Cọc cát làm tăng cường sự ổn định nền đắp, giảm thiểu độ lún còn lại;

- Khi nền đất yếu cần xử lý có các sức chống cắt nhỏ mà việc cải thiện tính chất cơ

lý của đất yếu này bằng cố kết thấm đơn thuần thì hiệu quả đạt được sẽ không cao;

- Khi thời hạn yêu cầu đưa đường vào khai thác, sử dụng là ngắn;

- Sử dụng cọc cát gia cố nền đất yếu cũng không yêu cầu chất lượng kỹ thuật của cát làm cọc cát cao như đối với giếng cát Mặt khác, giải pháp này không cần thời gian chờ cố kết của đất yếu

Một số hình ảnh thi công cọc cát

Hình 1.3 Thi công cọc cát

Hình 1.4 Thi công cọc cát

b Phư ng há gia cố n n bằng đư ng thấm thẳng đứng kết hợ v i gia tải trư c (Thoát nư c thẳng đứng bằng giếng cát và thoát nư c bằng bấc thấm (PVC))

b.1 Phư ng há thoát nư c thẳng đứng bằng giếng cát

b Gi i thiệu hư ng há

- Đây là phương pháp kĩ thuật thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước, phương pháp này được sử dụng rộng rãi để gia cường nền đất yếu bão hòa nước có tính nén lún lớn trên nhiều nước trên thế giới

- Theo phương pháp này, người ta thường dùng giếng cát đường kính 50-60 cm, được nhồi vào nền đất yếu bão hoà nước đến độ sâu thiết kế để làm chức năng những kênh thoát nước thẳng đứng, nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết nền đất yếu Do đó, phương pháp này luôn phải kèm theo biện pháp gia tải trước để tăng nhanh quá trình

cố kết Lớp đất yếu bão hoà nước càng dầy thì phương pháp giếng cát càng hiệu quả

có khả năng chịu lực - cọc cát GCXM chẳng hạn, còn giếng cát chỉ có tác dụng chính

là làm tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu

- Phương pháp này nền đất yếu có tốc độ cố kết nhanh hơn so với phương án sử dụng bấc thấm, thời gian chờ lún cũng ngắn hơn Thường sử dụng trong trường hợp nền đất yếu có chiều sâu 10m đến 30m

- Sơ đồ cấu tạo, cách bố trí tính toán và thi công giếng cát tương tự như đối với cọc cát Nhưng tác dụng chủ yếu của giếng cát là làm tăng tốc độ cố kết, làm cho độ

lún của đất nền nhanh ổn định và độ bền của đất yếu nhanh đạt được yêu cầu nhằm nâng cao sự ổn định của công trình trên nền đất yếu Đường kính của giếng cát sử dụng từ (200-600)mm Khoảng cách giữa các giếng cát thường chọn từ (1.5-5)m, khoảng cách này phụ thuộc vào đường kính đới ảnh hưởng của giếng cát (Dc) để khi xác định độ cố kết (Ut) của một lớp đất yếu bão hòa nước sau thời gian t phải đạt yêu cầu

6 Rút cọc ống, để lại cọc cát trong đất yếu

- Các thiết bị đa năng hiện nay có khả năng vừa hạ giếng cát, cắm bấc thấm, đóng cọc BTCT

- Để có thể ấn cọc thép rỗng vào trong đất, sử dụng một búa rung treo trên đầu cọc ống thép

- Đầu cọc ống thép có cấu tạo đặc biệt với các sườn để tăng cường độ cứng và bản lề Khi ấn cọc xuống mũi cọc sẽ chụm lại tạo thành một ống rỗng trong lớp đất yếu - không gian này sẽ được cát lấp đầy

Hình 1.6 Hạ cọc ống thép vào trong đất yếu

Hình 1.7 Đổ cát đã chuẩn bị sẵn qua "cửa sổ" ở đỉnh cọc ống thép

- Cần thêm một vòi phun nước để hỗ trợ việc "lấp đầy" của cát trong cọc ống thép

Hình 1.8 Rút cọc ống thép lên

Hình 1.9 Hoàn thành việc thi công một giếng cát

b.2 Phư ng há thoát nư c thẳng đứng bằng bấc thấm:

Tại Việt Nam, công nghệ mới bấc thấm này đã được sử dụng trong xử lý nền đất yếu cho Dự án nâng cấp QL5 trên đoạn Km 47 - Km 62 vào năm 1993, sau đó dùng cho QL51 (TP Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu) và đường Láng - Hoà Lạc Từ 1999 -

2004, phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi để xử lý đất yếu trong các dự án nâng cấp và cải tạo QL1A, QL18, QL60, QL80

b Mô tả thiết bị

Về cơ bản bấc thấm đứng và bấc thấm ngang đều có kết cấu gồm 2 lớp chính là:

- Lớp vỏ lọc được làm bằng lớp vải địa kỹ thuật không dệt có độ bền cơ học lớn, hệ số thấm cao, kích thước lỗ nhỏ giúp ngăn các hạt đất sét nhỏ thâm nhập vào lõi thoát nước

- Lớp lõi nhựa bên trong được thiết kế với nhiều rãnh giúp cho việc thoát nước đạt hiệu quả cao nhất

b Ưu đi m hư ng há

bấc thấm được luồng qua một bản neo và bản neo này sẽ được cần ấn xuống đất đến

độ sâu thiết kế Do có bản neo, khi ống thép cắm xuống kéo theo cả bấc thấm, còn khi rút ống thép lên bấc thấm được giữ lại trong đất Khi cần lên khỏi mặt đất người ta dùng kéo cắt bấc thấm và chuyển sang vị trí khác

- Trước khi thi công giếng cát hoặc bấc thấm bắt buộc phải rãi một lớp cát có bề dày từ (0.5-1)m trên nền đất yếu, nếu cần thiết rãi thêm 1 lớp vải địa kĩ thuật trên mặt

lớp đất yếu trước khi rải lớp cát Lớp vải kĩ thuật và lớp đệm cát này nhằm đảm bảo

việc thoát nước trong quá trình cố kết, đồng thời đảm bảo cho các thiết bị thi công di chuyển lên đó

Hình 1.10 Thi công cắm bấc thấm tại Formosa Hà Tĩnh

Hình 1.11 Máy ép bấc thấm